一种基于ZigBee的车联网通信系统技术方案

一种基于ZigBee的车联网通信系统，包括车载终端子系统、交通流量预测子系统、运动轨迹仿真子系统、交通信号实时控制子系统、交通信息发布子系统、交通违法监测子系统、数据库子系统以及云计算处理平台，每个子系统采集到的数据传输到云计算处理平台的服务器中，每个车辆携带一个车载终端子系统。该系统直接由短距离无线通信将信号传输到车载终端，准确率高，不受环境干扰，实时性好。交通流量预测子系统预测将来的车流量，运动轨迹仿真子系统实时仿真出车辆的运动轨迹，通过增加路侧设备之间的通信模块，减少车载终端的成本，实现全过程快速交互，充分发挥了ZigBee模块在路侧设施中低功率高可靠性的无线通信优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ZigBee的车联网通信系统
本专利技术涉及通信领域及交通领域，特别涉及一种基于ZigBee无线通信方式的车联网通信系统。
技术介绍
发掘车联网安全隐患的存在点，提高车与车、车与路、路与路之间通信的速率和准确率，是当前提高车联网安全需要解决的核心问题之一。分析车联网通信系统涉及的
技术介绍
，一般包括车与车之间的通信、车与路侧基础设施之间的通信、车与人之间的通信。1.车与车之间的通信中国专利文献CN107640182A公开的《一种基于UWB的车车通信系统》，包括主控单元、信息采集单元、数据存储模块、无线通信模块和电源模块，所述电源模块的输出端分别与主控单元和无线通信模块的输入端电连接，所述主控单元与无线通信模块和数据存储单元双向连接，所述主控单元的输入端与信息采集模块的输出端电连接。CN107323484A公开的《基于北斗短报文和车车通信的列车控制系统》，包括：第一列车车载控制装置和第二列车车载控制装置；所述第一列车车载控制装置包括第一安全平台、第一定位系统、第一完整性检查系统、第一短报文装置和第一无线通信装置；所述第二列车车载控制装置包括第二安全平台、第二定位系统、第二完整性检查系统、第二短报文装置和第二无线通信装置；所述第一安全平台分别与所述第一定位系统、第一完整性检查系统、第一短报文装置、第一无线通信装置进行通信连接；所述第二安全平台分别与所述第二定位系统、第二完整性检查系统、第二短报文装置、第二无线通信装置进行通信连接。CN106671986A公开的《一种基于DSRC的车车通信的车载装置和方法》，所述车载装置包括MCU模块和分别与其连接的射频模块、存储模块、安全控制模块、电源模块、测速模块、定位模块、接口模块、语音提示模块、显示模块，能够判断信号源方向以及信号源装载车辆与本车的位置关系，与安全相关的车辆进行通信。CN107957585A公开的《基于北斗的商用车车联网平台及其方法》，包括车载终端，车载北斗定位芯片和中心业务平台，车载终端连接车载北斗定位芯片和对应车辆，车载北斗定位芯片连接有北斗卫星，用于接收北斗卫星的信号，车载终端通过无线通讯模块将信息传输到中心业务平台，完成车载终端与中心业务平台间的通信。2.车与路侧基础设施之间的通信如CN107820227A公开的《一种车路无线通信网络服务质量参数测试装置》，利用Java语言集成开发DSRC无线网络测试系统，之后利用装载该系统的PC机与待测DSRC设备搭建测试平台，在真实的车路通信环境下进行测试实验以获取DSRC无线通信技术性能参数，并基于以上所得实验数据，得到一个新的数学模型刻画时延分布，以期为DSRC通信协议研究以及网络优化等提供支持。CN107610497A公开的《一种基于车路通信技术的交通信号灯变化信息提醒装置》，包括车载GPS系统、车载信号收发模块、信号灯信号收发模块、信号灯信号处理模块、车载信号处理模块、提示模块；信号灯信号处理模块处理通过信号灯信号收发模块获取的车辆所处车道信息和车辆行驶航向信息，筛选出对应车道和行驶航向上的信号灯的信号灯状态信息，再通过信号灯信号收发模块发送给车载信号收发模块；车载信号处理模块根据车辆所处车道及行驶航向和车速信息，以及对应车道行驶航向上的交通信号灯的信号灯状态信息，判断是否需要提示驾驶员信号灯状态，并根据判断结果发送提示信息；提示模块将提示信息告知驾驶员。CN107347030A公开的《一种基于V2X通信的消息管理装置及方法》；包括消息接口、环境传感器、V2X通信模块、消息中间件、应用程序；消息接口用于接收环境传感器采集到的环境信息，V2X通信模块用于接收和发送V2X信息，通过消息中间件进行数据分类、存储和处理；消息中间件根据应用程序需接收的消息建立消息转发规则并转发消息。所述方法包括步骤：接收环境信息和V2X信息；对接收的信息进行管理；建立消息转发规则并依据规则进行转发；应用程序通过所提供的API接口获取和发送消息；建立消息发送规则并依据规则进行发送；通过V2X通信模块发送消息。3.车与人之间的通信CN106027654A公开的《手机车联网平台》，该平台采用了传感器技术实时采集车辆状态信息和运动轨迹，利用4G网络传输模块对车辆状态信息向用户进行传输，利用手机作为远程控制端，以提高车辆的安全性和和报警的及时性。CN103825962A公开的《车联网4G通信系统及方法》，包括车载设备、智能手机和后台专用网站，所述车载设备包括微处理器、显示屏、CAN总线和WIFI模块，所述的显示屏和WIFI模块电连接到微处理器上，所述的微处理器通过CAN总线与行车数据记录系统连接；所述的智能手机通过4G网络与后台专用网站实现数据通信，所述的后台专用网站与因特网连接。所述的方法包括以下步骤：1)启动车载设备；2)设置智能手机；3)智能手机登陆后台专用网站；4)选择相应功能。综上分析，上述各种车联网通信系统，从组成来看，都包括车载终端设备对车辆信息数据的采集、中间经有线或无线进行数据传输、由中心数据平台进行数据处理、由PC端可视化界面或手机APP进行数据显示，存在不足主要在于：一是目前的车辆终端装有大量传感器，不仅会增加车辆的成本，而且在传输的过程中因大量传感器的数据发送而造成网络拥塞，将会导致中心控制平台对车辆行驶安全性的判断不准确；二是随着车辆的不断增多，车与车、车与路的通信密度的增大会增加通信延时，不利于车联网通信的准确率和可靠性。
技术实现思路
本专利技术以提高车与路、路与路之间通信的速率和准确率为目的，提出一种基于ZigBee的车联网通信系统，凭借其独特的组网方式、安全结构、加密算法等优点，通过ZigBee模块的信息传输估计该路段的交通流量以及路由转发方向仿真运动轨迹，以增强车联网在车与路、路与路通信过程中的高效性和可靠性。为了实现上述目的，本专利技术基于ZigBee的车联网通信系统采用如下技术方案：该系统，包括车载终端子系统、交通流量预测子系统、运动轨迹仿真子系统、交通信号实时控制子系统、交通信息发布子系统、交通违法监测子系统、数据库子系统以及云计算处理平台，每个子系统采集到的数据传输到云计算处理平台的服务器中，每个车辆携带一个车载终端子系统；车载终端子系统，包括传感器模块、数据处理传输模块(ARM微处理器和使用CC2530芯片的ZigBee节点模块)、显示模块、时钟模块、指示灯(LED)和语音播报模块，传感器模块负责采集车辆信息并完成数据转换；数据处理传输模块负责向周边车辆或周边带有ZigBee协调器的路侧设备传输采集到的数据，指示灯显示网络连接状态，语音播报模块负责经云计算处理平台反馈的采集数据进行语音播报；所述传感器模块包括温湿度传感器、光照传感器、GPS定位器、霍尔传感器、EPIC传感器、指南针传感器和摄像头；所述车辆信息包括车内通过温湿度传感器采集到的温度和湿度、光照传感器采集到的光照强度、GPS定位到的车辆所在经纬度、霍尔传感器采集到的行驶速度以及加速度、EPIC传感器采集到的驾驶员疲劳程度、指南针传感器采集到的车辆行驶方向以及摄像头采集前方道路的状况信息；云计算处理平台，用于处理车载终端子系统中传感器模块采集的车辆信息，首先对分布在每个交叉路口的协调器节点发送过来的数据进行预处理，将错误数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ZigBee的车联网通信系统，其特征是，包括车载终端子系统、交通流量预测子系统、运动轨迹仿真子系统、交通信号实时控制子系统、交通信息发布子系统、交通违法监测子系统、数据库子系统以及云计算处理平台，每个子系统采集到的数据传输到云计算处理平台的服务器中，每个车辆携带一个车载终端子系统；车载终端子系统，包括传感器模块、数据处理传输模块、显示模块、时钟模块、指示灯和语音播报模块，传感器模块负责采集车辆信息并完成数据转换；数据处理传输模块负责向周边车辆或周边带有ZigBee协调器的路侧设备传输采集到的数据，指示灯显示网络连接状态，语音播报模块负责经云计算处理平台反馈的采集数据进行语音播报；云计算处理平台，用于处理车载终端中传感器模块采集的车辆信息，首先对分布在每个交叉路口的协调器节点发送过来的数据进行预处理，将错误数据通过数据判断准则进行修复和冗余数据进行剔除，将正确的数据进行多源数据的融合，根据聚类和支持向量机算法进行交通流量的预测以及车辆违章监测，并将处理结果发送到车载终端中的语音播报模块；交通流量预测子系统，基于聚类算法和支持向量机预测方案，以历史交通流量数据为基础，对不同路段不同时间段车流量进行聚类分析，得到贴近该路段特征的车流量分类结果，根据分类结果，对不同类别车流量时间片分别进行相关性分析，将强相关性的时间片序列作为SVM回归预测模型的输入，预测未来几天相同时段相同路段的车流量；将预测结果显示在地图GPS定位电子地图上；运动轨迹仿真子系统，当车辆行驶在隧道内或者高架桥下，车载终端的GPS定位器无法定位时，ZigBee各节点沿城市道路的地域空间上以树状结构铺设组网，路由器节点沿信号灯铺设，移动终端节点放置在车辆上，ZigBee模块根据路由器转发的方向仿真车辆的运动轨迹，用于对车辆运行的定位、采集并传递移动终端节点数据，最后将数据保存到数据库子系统中，完善车辆轨迹跟踪的功能，弥补GPS定位误差的不足；交通信号实时控制子系统，通过路口中心交通灯协调器建立路口ZigBee网络，持续广播交通灯相关信息，当车辆驶入ZigBee网络覆盖范围，车辆携带的车载终端自动加入当前路口ZigBee网络，接收交通信号灯广播的信息，然后通过车载终端中的显示模块和语音播报模块实时显示和语音播报，根据车辆的行驶方向，向下一个信号灯发送该处的车流量信息以及车辆类型，当有公交车、救护车和警车时，改变信号灯的周期，使该方向有优先行驶的权利；交通信息发布子系统，基于媒介实时发布应急调度指挥相关信息，包括事件发生地点、持续时间和交通管制范围，以利于出行者更好的选择出行路线，及早避开事件地点，避免二次事故的发生；交通违法监测子系统，实现逆行监测、违规停车监测和超速监测，当有违法车辆经过时，路侧设备带有的蜂鸣器会发出警告，及时制止违法车辆的违法行为，保证交通秩序；当车辆带有易燃易爆物品经过时，路侧装有的易燃易爆探测传感器进行检测并及时发出警报；该子系统与交通信息发布子系统相交互；数据库子系统，动态地增添存储ZigBee节点发送的数据，以实现存储容量的线性扩展实时存储车载终端子系统采集到行驶车辆的数据、交通流量历史数据、运动轨迹数据、交通违法数据；实现对数据的冗余备份，保证数据的高度可靠性，供云计算处理平台的前端实时调取数据，对数据进行分析处理。...

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee的车联网通信系统，其特征是，包括车载终端子系统、交通流量预测子系统、运动轨迹仿真子系统、交通信号实时控制子系统、交通信息发布子系统、交通违法监测子系统、数据库子系统以及云计算处理平台，每个子系统采集到的数据传输到云计算处理平台的服务器中，每个车辆携带一个车载终端子系统；车载终端子系统，包括传感器模块、数据处理传输模块、显示模块、时钟模块、指示灯和语音播报模块，传感器模块负责采集车辆信息并完成数据转换；数据处理传输模块负责向周边车辆或周边带有ZigBee协调器的路侧设备传输采集到的数据，指示灯显示网络连接状态，语音播报模块负责经云计算处理平台反馈的采集数据进行语音播报；云计算处理平台，用于处理车载终端中传感器模块采集的车辆信息，首先对分布在每个交叉路口的协调器节点发送过来的数据进行预处理，将错误数据通过数据判断准则进行修复和冗余数据进行剔除，将正确的数据进行多源数据的融合，根据聚类和支持向量机算法进行交通流量的预测以及车辆违章监测，并将处理结果发送到车载终端中的语音播报模块；交通流量预测子系统，基于聚类算法和支持向量机预测方案，以历史交通流量数据为基础，对不同路段不同时间段车流量进行聚类分析，得到贴近该路段特征的车流量分类结果，根据分类结果，对不同类别车流量时间片分别进行相关性分析，将强相关性的时间片序列作为SVM回归预测模型的输入，预测未来几天相同时段相同路段的车流量；将预测结果显示在地图GPS定位电子地图上；运动轨迹仿真子系统，当车辆行驶在隧道内或者高架桥下，车载终端的GPS定位器无法定位时，ZigBee各节点沿城市道路的地域空间上以树状结构铺设组网，路由器节点沿信号灯铺设，移动终端节点放置在车辆上，ZigBee模块根据路由器转发的方向仿真车辆的运动轨迹，用于对车辆运行的定位、采集并传递移动终端节点数据，最后将数据保存到数据库子系统中，完善车辆轨迹跟踪的功能，弥补GPS定位误差的不足；交通信号实时控制子系统，通过路口中心交通灯协调器建立路口ZigBee网络，持续广播交通灯相关信息，当车辆驶入ZigBee网络覆盖范围，车辆携带的车载终端自动加入当前路口ZigBee网络，接收交通信号灯广播的信息，然后通过车载终端中的显示模块和语音播报模块实时显示和语音播报，根据车辆的行驶方向，向下一个信号灯发送该处的车流量信息以及车辆类型，当有公交车、救护车和警车时，改变信号灯的周期，使该方向有优先行驶的权利；交通信息发布...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翠娇，张立东，张良智，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东,37